Dyski SSD a systemy plików

Transkrypt

1 Dyski SSD a systemy plików Paweł Wiejacha Seminarium z Systemów Rozproszonych 27 maja Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

2 Dyski SSD a systemy plików wstęp Plan prezentacji: Krótko o SSD czym są SSD, czym się charakteryzują Systemy plików a pamięci flash nowe wymagania FLT a MTD i UBI Log-structured file systems LogFS NILFS Log-structured file systems a zwykłe dyski Podsumowanie 2 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

3 Krótko o SSD Tradycyjne dyski twarde Tradycyjne dyski twarde 3 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

4 Krótko o SSD Tradycyjne dyski twarde Tradycyjne dyski twarde wirujące talerze pokryte nośnikiem magnetycznym ruchome głowice elektromagnetyczne sensowny sekwencyjny odczyt i zapis powolny dostęp losowy: random seek (średnio 7-9 ms) wibracje i głośność słabo tolerują wstrząsy i przeciążenia 4 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

5 Krótko o SSD SSD Solid-state drive urządzenie pamięci masowej zbudowane w oparciu o pamięć typu flash brak elementów elektromechanicznych, tylko układy scalone dane zapisane są w bramkach przechowujących elektrony 5 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

6 Krótko o SSD SSD Solid-state drive 6 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

7 Krótko o SSD SSD - wydajność Przykładowe SSD obecne na rynku HP StorageWorks IO Accelerator GB; transfer 800MB/s; IOPS; $ OCZ Z-Drive R2-2 TB; zapis: 950MB/s; odczyt: 1.4GB/s; IOPS; $8 778 Corsair SSD - 500GB; odczyt: 240MB/s; zapis 200MB/s; 5900 zł Kingston SSDNow V2 Series - 64GB; odczyt: 100MB/s; zapis 80MB/s; 609 zł 7 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

8 Krótko o SSD SSD - zalety SSD - zalety mniejszy czas dostępu do danych (random access) większe prędkości zapisu i odczytu mniejszy pobór energii odporność na przeciążenia, wstrząsy i wibracje szeroki zakres temperatur, w których mogą pracować przeważnie są lżejsze 8 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

9 Krótko o SSD SSD - wady SSD - wady ograniczona żywotność MLC do zapisów jednej komórki SLC do zapisów jednej komórki ciągle ceny o rząd wielkości wyższe wolniejsze nadpisywanie małych obszarów realna awaryjność 9 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

10 Krótko o SSD SSD - czyszczenie i zapis segmentów SSD - czyszczenie i zapis segmentów pusty (wymazany) segment flash jest wypełniony jedynkami można zmienić pojedyncze bity z 1 na 0 czasem granularność jest większa (np. 1KB) ale nie można zmienić z 0 na 1 by to zrobić trzeba wymazać cały segment segmenty są dość duże (zazwyczaj 256KB) zapis jest szybki jeśli jest dużo czystych segmentów 10 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

11 Krótko o SSD Komenda TRIM komenda TRIM zazwyczaj dysk twardy nie wie, które sektory są nieużywane to system plików obsługuje usuwanie plików dla dysku twardego każdy sektor jest używany nie moża było powiedzieć poprzez interfejs (S)ATA dyskowi, że dany sektor jest nie używany dlatego rozszerzono interfejs ATA o tę możliwość (TRIM) wsparcie w Linux , Windows 7 11 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

12 Systemy plików a pamięci flash Nowe wymagania Nowe wymagania dla systemów plików ograniczona żywotność komórek równoważenie zużycia (ang. wear levelling) czyszczenie nieużywanych bloków w tle (np. TRIM) duże segmenty - fragmentacja wewnętrzna problemy z nadpisywaniem segmentów np. utrata zasilania między czyszczeniem a pisaniem również obniżona wydajność tej operacji 12 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

13 Systemy plików a pamięci flash MTD Pamięć flash - urządzenie blokowe czy znakowe? żadne z nich - Memory Technology Device (MTD) Urządzenie blokowe MTD sektory eraseblocks małe sektory (512B, 1024B) większe segmenty 256KB 2 podstawowe operacje: 3 podstawowe operacje: zapisz i odczytaj sektor zapisz, wyczyść, odczytaj segment ukrywanie zepsutych sektorów zepsute segmenty trzeba obsłużyć sektory zużywają się wolno segmenty zużywają się lub równomiernie po zapisach 13 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

14 Systemy plików a pamięci flash FTL FTL - Flash Translation Layer zazwyczaj firmware udający, że dysk flash jest urządzeniem blokowym zapewnia: równoważenie zużycia obsługę uszkodzony sektorów proste odśmiecanie i czyszczenie sektorów mając pamięć flash z FLT mamy urządzenie blokowe więc można używać dowolnego systemu plików 14 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

15 Systemy plików a pamięci flash Systemy plików dla pamięci flash w Linuksie dane dane dane UBIFS NILFS EXT4 FAT32 LogFS JFFS2 YAFFS UBI FLT dysk flash MTD dysk flash MTD dysk flash block dev FS raw flash FS UBI-based FS 15 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

16 Log-structured file systems Wprowadzenie Log-structured file system traktuje nośnik jako cykliczny log na którego końcu zapisuje zmiany w danych i metadanych dane zapisywane są sekwencyjnie segmenty nie są nadpisywane stare wpisy w logu trzeba odśmiecać umożliwia tworzenie snapshotów systemu plików i wersjonowanie 16 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

17 Log-structured file systems Zapis 17 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

18 Log-structured file systems Metadane i struktury 18 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

19 Log-structured file systems Segmenty i logi przestrzeń dyskowa podzielona na segmenty segmenty zawierają logi (delty) i checkpointy 19 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

20 Log-structured file systems Montowanie i przywracanie po awarii 20 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

21 Log-structured file systems Odśmiecanie 21 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

22 Log-structured file systems Migawki użytkownik może oznaczyć punkt kontrolny jako migawkę GC usuwa niepotrzebne checkpointy, ale zostawia migawki 22 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

23 Log-structured file systems Wandering tree Wandering tree użyte do delt B-drzewa 23 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

24 Log-structured file systems Cechy Cechy systemów plików o budowie loga szybki zapis danych migawki spójny stan systemu plików po awarii cofnięcie przypadkowego rm -rf * przystosowane do pamięci flash wspiera inkrementalne kopie zapasowe 24 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

25 Log-structured file systems LogFS a NILFS LogFS a NILFS oba mają budowę loga LogFS - raw flash FS, NILFS - blockdev FS LogFS jest prostszy i przeznaczony do mniejszych dysków LogFS nie wspiera migawek LogFS - montowanie w O(log(n)) 25 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

26 Log-structured file systems NILFS - wydajność na SSD (1) Testy NILFS na SSD - zestawy danych 26 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

27 Log-structured file systems NILFS - wydajność na SSD (2) 27 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

28 Log-structured file systems NILFS - wydajność na SSD (3) 28 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

29 Log-structured file systems NILFS - wydajność na HDD 29 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

30 Podsumowanie Bibliografia LogFS - NILFS - MTD, UBI, UBIFS - SSD benchmarks - i recenzje/a-2695/strona/8397.html YAFFS - JFFS2 - dwmw2/jffs2.pdf 30 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików

31 Podsumowanie Pytania? Pytania? 31 Paweł Wiejacha Dyski SSD a systemy plików